搜索SolidWorks的自頂向下裝配與參數化技術
2013-05-24 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
介紹了在SolidWorks中自頂向下的裝配設計過程和實施方法,提出以"頂層基本骨架"作為自頂向下設汁時信息傳遞的橋梁,并以具體實例實現了裝配過程和參數化設什。
作者: 水俊峰 吳宗佳 陳樹曉 吳淑芳 王宗彥 來源: 萬方數據
關鍵字: 自頂向下 參教化技術 裝配
現代工業制造中,產品裝配的好壞直接關系到產品的性能、可維修性和可回收性等,傳統的產品裝配大多以零件兒何模型為基礎,在零件詳細幾何模型的基礎上搭建裝配模型,這種從零件模型構建裝配模型的方法稱為自底向上的裝配方法。然而在實際的設計過程中,設計人員首先進行概念設計,再經過詳細設計,最終得到產品的裝配,一開始零件的幾何模型并不確定,隨著設計的深入和產品結構的細化,逐步建立起清晰的產品裝配模型和零件模型,我們把這種產品設計方法稱為自頂向下的裝配模式,這種方法增加了零件之間的關聯性,使設計層次變得更清晰,實現了設計信息的傳遞、共享、繼承,特別適用于當今網絡發達的并行工程和協同設計。
參數化設計是規格化、系列化產品設計的一種高效、優質的設計方法.它一般是指零件、部件比較定型,用一組參數來控制模型的結構尺寸和拓撲關系,參數與設計對象的控制尺寸有顯式的對應關系,當賦予不同的參數序列值時,就可驅動模型,獲得滿足設計要求的裝配模型以及相對應的零件模型。因此,將自頂向下的模型裝配技術與參數化設計技術相結合,對提高產品設計的系列化、提高設計效率具有重要意義。本文即以國家"863"項目"橋式起重機智能化設計"中的某一部件為例,使用SolidWorks,通過自頂向下方式對其進行裝配和參數化設計。
1自頂向下的裝配設計
自頂向下的產品設計就是從產品的頂層開始通過在裝配過程中可以隨時設計零件來完成整個產品設計的方法。為此,在產品設計的最初環節,按照該產品的最基本的功能和要求,在設計頂層先構造出一個"基本骨架",稱之為"頂層基本骨架"(TBS),隨后的設計過程基本上都在這個"頂層基本骨架"的基礎上進行復制、修改、細化、完善并最終完成整個設計過程。從產品的空間結構上來看,產品的"頂層基本骨架"類似于該產品的裝配草圖,它能代表產品模型的主要空間形狀和空間位置,能基本反映構成產品的各個子模塊之間的拓撲關系以及其主要功能,是整個產品自頂向下設計過程中的核心內容,是各個子裝配之間相互聯系的中間橋梁和紐帶。TBS的主要功能包括:①管理功能:頂層基本骨架可以被用來管理大型的裝配設計,允許設計者只調出頂層裝配的基本骨架到內存中來控制整個產品的設計及其變更,頂層基本骨架包含了重要的設計基準,如基座的位置、產品的外型、子裝配、零件及設計參數,可以在頂層基本骨架上對其進行更改,而這些更改將被傳遞到其下的所有子系統中。②組織功能:頂層基本骨架可以增強零件在裝配中的相互關聯和依賴性,這些存在于實際裝配之中的相互關聯和依賴關系可以很好地從最初的總體布局中被捕獲并抽取出來,構成頂層基本骨架,為子裝配體和零件所享用。③共享數據功能:一個有組織的裝配基本骨架允許信息在不同層次間被共享,如果在某一層發生改變,那么和它相關聯的裝配和零件都能夠獲得這種最新的更改,④設計變更的傳遞功能:可以用TBS來控制變更,產品的變更結果在零件中表現而在產品的頂層實施。
2.自頂向下裝配設計的步驟
2.1建立"頂層基本骨架"
考慮到自頂向下設計的特點,并結合具體產品模型的特殊裝配結構,所有零件均采用自身的基準面和設計草圖中的要素(點、線、基準面)進行定位,而不用零件自身的特征要素定位,以避免個別零件發生變更或丟失造成整個裝配體結構解體.首先在裝配環境下繪制裝配骨架的正面草圖(見圖1)及側面草圖(見圖2).通過這兩個裝配骨架草圖,確定核心零件的外形尺寸,表示出零件之間的裝配位置、相互關聯特性等。在草圖繪制過程中要充分使用約束關系及尺寸之間的方程式,減少不必要的草圖尺寸,從而使布局草圖簡潔而又能清晰地表達出裝配零部件的約束關系、位置關系、尺寸關系及結構功能。
根據上述裝配步驟可以快速高效地完成模型裝配(見圖3),模型中部分零件以"透明"的方式顯示,從中可以看到零件僅僅與裝配骨架草圖中的幾何要素發生裝配約束關系,而零件自身之間則是相互獨立的,沒有任何位置、尺寸等方面的配合關系.此時,以自頂向下裝配的產品模型就基本完成了。
2.2 涉分析
裝配模型完成后,簫要進行初步的干涉分析,實現的方法是:對裝配設計中的零部件的模型進行布爾求交運算,若有交集出現,則說明零部件間存在干涉,即所設計零部件不能保證可靠裝配,必須根據零部件干涉的部位和程度修改原設計。
3參數化技術
參數化技術就是采用參數預定義的方法建立圖形的集合約束,指定一組尺寸作為參數使其與幾何約束集相關聯,并將所有的關聯式融人到應用程序中,然后通過對話框以人機交互方式修改參數尺寸,最終由程序根據這些參數及其變化順序地執行表達式來實現設計。參數化設計過程中,參數與設計對象的控制尺寸有著明顯的對應關系,通過參數化尺寸驅動完成對設計結果的修改。參數化設計不同于傳統的設計,它儲存了設計的整個過程,能設計出一系列的在形狀和功能上相似的產品模型。正是有了這種參數化建模技術,才使得數據的改變在不同層次之間的傳遞變得唯一和及時。
3. 1確定設計參數
針對本次設計,首先確定各個零部件的性能參數、幾何尺寸系列、基本結構布局與零部件之間的結合形式。這些參數將作為裝配體的主驅動參數,讓次要參數依附于主要參數,利用方程式建立起次要參數與主要參數之間的變化關系或幾何約束關系,圖4為零件特征尺寸與裝配骨架草圖之間的方程式。
3.2參數驅動
參數確定以后,利用Visual Basic開發工具與SolidWorks API 函數實現尺寸驅動,編輯人機交互操作設計界面(見圖5),并進行結構檢驗和零部件之間干涉檢驗。應用程序可嵌人到SolidWorks系統中,加載后,應用程序菜單直接出現在SolidWorks主菜單上,如同該軟件的其它功能模塊一樣。部分程序代碼如下:
4結論
本文基于SolidWorks三維設計軟件,利用自頂向下的裝配設計方法,建立起參數化模型,為起重機設計提供了高效的計算機輔助設計系統。借助該系統,設計入員通過更改裝配模型的主要驅動參數,可以自動并實時地更新不同型號的系列產品;在生成產品零件、裝配體模型的同時自動更新工程圖,并進行相應的工程分析。采用該技術實現了產品的系列化設計,對提高設計效率,縮短設計周期、提高設計質量、增強企業的競爭力及靈活的市場反應能力有重要的現實意義。
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